纳米钨青铜AxWO3(A=K,Cs)的制备及其光学性能研究

摘要

能源是人们赖以生存的基础，生活中处处都离不开能源。随着工业的快速发展，能源消耗和环境污染已成为两个非常严重的问题。而寻找可持续利用的清洁能源已经成为现在的研究热点。太阳辐射的能量主要集中在200-2500nm范围内，而近红外光（波长范围700-2500nm）占总能量约50%。近年来研究发现纳米碱金属钨青铜（AxWO3，其中A=K，Na，Rb，Cs等，0＜x＜1）不仅在可见光有较高的透射率，而且在近红外区域有较强的屏蔽性能，并且是以吸收为主。将其近红外屏蔽性能，应用于隔热涂层领域，可以保持建筑和车辆内部的舒适温度，降低能耗，在节能环保方面有非常突出的作用。另外，纳米碱金属钨青铜对近红外的屏蔽性能是以吸收为主，利用这一性能，我们可以将其与目前常见的紫外、可见光光催化材料进行复合，制备出光响应范围广、能量转化效率高的宽光谱催化材料。因此制备出具有优异的近红外屏蔽性能的纳米碱金属钨青铜对节约能源和减轻环境污染具有非常重要的意义。本论文主要研究内容如下： 1.以六氯化钨、氢氧化铯、乙酸为原料，通过溶剂热法制备了具有优异近红外屏蔽性能的纳米铯钨青铜。考察了前驱液中不同的乙酸添加量、分散剂聚乙烯吡络烷酮添加量和前驱液搅拌时间等制备工艺对纳米铯钨青铜材料的颗粒形貌以及光学性能的影响。通过实验条件的优化，获得最佳制备条件，当乙酸添加量为10ml，搅拌时间为5min，反应温度240℃，反应时间为20h时，合成了直径在50nm以内具有优异近红外屏蔽性能的铯钨青铜纳米棒。可见光透过率最高可达71.3%，近红外光透过率最低为14.9%。 2.以氢氧化钠、无水硫酸铜、抗坏血酸为原料，通过液相法制备了纳米氧化亚铜。当氢氧化钠浓度为0.5mol/L时，氧化亚铜由直径在100nm范围内的小颗粒聚集形成直径为700nm左右的纳米球，均匀性较好。通过与铯钨青铜进行复合，制备出纳米铯钨青铜/氧化亚铜复合材料，并测试了铯钨青铜和铯钨青铜/氧化亚铜光催化产氢性能。研究发现，在纯水中和在纯水中加入助催化剂铂两种情况下，铯钨青铜和铯钨青铜/氧化亚铜都没有光催化产氢性能。 3.以六氯化钨、氢氧化钾、乙酸为原料，通过溶剂热法制备出具有一定近红外屏蔽性能的纳米钾钨青铜。改变前驱液中乙酸添加量和氢氧化钾/六氯化钨摩尔比所制备的纳米钾钨青铜都为六方结构，X射线衍射图谱显示除了(002)、(200)、(004)三个强衍射峰外，其他衍射峰不明显，这有可能是制备的纳米钾钨青铜颗粒太小，导致衍射峰宽化。也有可能是纳米钾钨青铜颗粒未被完全晶化，晶格结构不完整。以乙酸添加量为10ml，氢氧化钾和六氯化钨摩尔比为1∶2制备了晶粒尺寸为50nm以下的小颗粒团聚而成的天蓝色纳米钾钨青铜，近红外区域具有屏蔽性能。当放置一段时间后样品结构未发生变化，颜色变为白绿色，不具有近红外屏蔽性能。对其进行还原处理后，样品变为深蓝色，晶粒大小分布在100nm范围内，同时又具有近红外屏蔽性能。

目录

声明

1 绪论

1.1 钨青铜材料简介

1.2 钨青铜材料的应用

1.2.1 透明隔热涂层

1.2.2 电致变色器件

1.2.3 光致变色器件

1.2.4 光催化应用

1.2.5 光热治疗癌细胞

1.3 纳米钨青铜的制备方法

1.3.1 固相法

1.3.2 气相法

1.3.3 水热法

1.3.4 溶剂热法

1.4 本论文的研究意义及研究内容

2 实验原料、仪器及表征方法

2.1 实验原料与仪器设备

2.2 分析与表征

2.2.1 X射线衍射仪

2.2.2 扫描电子显微镜

2.2.3 透射电子显微镜

2.2.4 紫外-可见-近红外分光光度计

2.2.5 光催化活性评价系统

2.2.6 台阶仪

3 纳米CsxWO3的制备及其光学性能研究

3.1 引言

3.2 纳米CsxWO3粉体及其薄膜的制备

3.2.1 纳米CsxWO3粉体的制备

3.2.2 CsxWO3薄膜的制备

3.3 制备工艺条件对纳米CsxWO3颗粒形貌的影响

3.3.1 不同乙酸添加量对纳米CsxWO3颗粒形貌的影响

3.3.2 前驱液不同搅拌时间对纳米CsxWO3颗粒形貌的影响

3.3.3 添加PVP分散剂对纳米CsxWO3颗粒形貌的影响

3.4 制备工艺条件对纳米CsxWO3材料性能的影响

3.4.1 不同乙酸添加量对纳米CsxWO3近红外吸收性能的影响

3.4.2 不同PVP添加量对纳米CsxWO3近红外吸收性能的影响

3.4.3 不同晶粒尺寸对纳米CsxWO3热膨胀性能的影响

3.5 本章小结

4 CsxWO3/Cu2O复合材料的制备及其光学性能研究

4.1 引言

4.2 纳米Cu2O的制备及其表征

4.2.1 纳米Cu2O粉体的制备方法

4.2.2 纳米Cu2O粉体的表征

4.3 CsxWO3/Cu2O复合材料的制备及光学性能研究

4.3.1 CsxWO3/Cu2O复合材料的制备

4.3.2 CsxWO3/Cu2O复合材料的表征

4.3.3 CsxWO3/Cu2O复合材料的光催化产氢性能研究

4.4 本章小结

5 纳米KxWO3的制备及其光学性能研究

5.1 引言

5.2 纳米KxWO3粉体的制备

5.3 制备工艺条件对纳米KxWO3晶体结构的影响

5.3.1 不同乙酸添加量对纳米KxWO3晶体结构的影响

5.3.2 不同KOH/WCl6摩尔比对纳米KxWO3晶体结构的影响

5.3.3 还原处理对纳米KxWO3晶体结构的影响

5.4 纳米KxWO3光学性能的研究

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

个人简介及攻读硕士学位期间发表的学术论文与研究成果

致谢